JP2003065948A - Apparatus, method and program for processing microscopic image - Google Patents
Apparatus, method and program for processing microscopic imageInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡画像処理装
置、顕微鏡画像処理方法並びに顕微鏡画像処理プログラ
ムに関する。The present invention relates to a microscope image processing apparatus, a microscope image processing method, and a microscope image processing program.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えばデジタルカメラで撮影された組織
標本の顕微鏡像から、組織標本の分光透過率画像を推定
し、推定した画像を用いて組織標本の染色状態を解析す
る病理診断支援技術が知られている。2. Description of the Related Art For example, there is known a pathological diagnosis support technique for estimating a spectral transmittance image of a tissue sample from a microscope image of the tissue sample taken by a digital camera, and analyzing the stained state of the tissue sample using the estimated image. Has been.
【0003】染色された病理組織標本は染色状態に大き
く影響をうける。染色標本の作成行程で、染色状態を定
量化・標準化しようとする試みはなされているが、作成
行程は非常に複雑であるため非常に難渋しているという
現状がある。画像処理にて染色状態を定量化・標準化し
ようとする試みは為されていない。The stained pathological tissue specimen is greatly affected by the stained state. Attempts have been made to quantify and standardize the staining state in the process of preparing a stained sample, but the process is very complicated and is currently difficult. No attempt has been made to quantify or standardize the staining state by image processing.
【0004】従来の病理診断支援を目的とした画像処理
技術の開発研究の中で、本画像処理技術に最も類似して
いる研究は、“独立成分解析による細胞画像解析,中桐
豊史他,2000年電子情報通信学会総合大会 予稿
集”である。この研究では、組織標本のスペクトル画像
の独立成分分析を行うことで、重要なスペクトル成分を
抜き出し、その成分に基づき核や類洞などの組織の抽出
を行っている。Among the conventional researches on image processing technology for the purpose of pathological diagnosis support, the most similar research to this image processing technology is "Cell image analysis by independent component analysis, Toshifumi Nakagiri et al., 2000. Proceedings of IEICE General Conference ”. In this research, by performing independent component analysis of the spectral image of a tissue sample, important spectral components are extracted, and the tissues such as nuclei and sinusoids are extracted based on those components.
【0005】一方、デジタルカメラで取得した画像か
ら、分光情報の画像を推定する技術の開発は、盛んに行
われている。代表的なものとしては、“Natural color
reproduction of human skin for telemedicine, Yuri
OHYA, Takashi OBI, MasahiroYAMAGUCHI, Nagaaki OHYA
MA, and Yasuhiro KOMIYA, Medical Imaging 1998 Pro
c.of SPIE(1998)”、“Estimation of transmittance s
pectra from multibandmicrographs of fungi and its
application to segmentation of conidia andhypae, M
asaru Takeya, Norimichi Tsumura, Hideaki Haneishi,
and Yoichi Miyake, Applied Optics Vol.38 No.16(19
99)”などがある。On the other hand, a technique for estimating an image of spectral information from an image acquired by a digital camera has been actively developed. A typical example is “Natural color
reproduction of human skin for telemedicine, Yuri
OHYA, Takashi OBI, MasahiroYAMAGUCHI, Nagaaki OHYA
MA, and Yasuhiro KOMIYA, Medical Imaging 1998 Pro
c.of SPIE (1998) ”,“ Estimation of transmittance s
pectra from multibandmicrographs of fungi and its
application to segmentation of conidia andhypae, M
asaru Takeya, Norimichi Tsumura, Hideaki Haneishi,
and Yoichi Miyake, Applied Optics Vol.38 No.16 (19
99) ”and so on.
【0006】前者の研究で提案している被写体のスペク
トルの統計情報を用いたスペクトル推定方法は、本画像
処理技術における分光透過率の推定で用いている。後者
の研究は、光学顕微鏡像の分光透過率画像推定を行って
いる珍しい例である。この研究では、推定した分光透過
率画像を用いて菌類の識別を行っている。The spectrum estimation method using the statistical information of the spectrum of the subject proposed in the former study is used in the estimation of the spectral transmittance in the present image processing technique. The latter study is a rare example of spectral transmittance image estimation of an optical microscope image. In this study, fungi are identified using estimated spectral transmittance images.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の病理診断支援技
術では、カメラから得られたRGB3バンドの信号値の
画像をそのまま処理している。このため、画像解析に用
いる色情報は観察装置の影響(具体的には顕微鏡の光源
レベルの違いやフィルターの有無による違いや、カメラ
の分光感度特性の違いなど)を受けていることになる。
このような影響は病理組織標本の性質の違いを解析する
上で非常に大きなノイズとなり、このため、得られた解
析結果が観察装置に依存してしまったりするため、定量
的な解析が困難であるという現状がある。In the conventional pathological diagnosis support technique, the image of the signal values of the RGB3 bands obtained from the camera is processed as it is. Therefore, the color information used for image analysis is affected by the observation device (specifically, the difference in light source level of the microscope, the presence / absence of a filter, the spectral sensitivity characteristic of the camera, etc.).
Such an influence becomes a very large noise in analyzing the difference in the characteristics of the pathological tissue specimen, and thus the obtained analysis results depend on the observation device, which makes quantitative analysis difficult. There is a current situation.
【0008】また、組織標本の染色には、様々なメーカ
ーの色素が用いられたり、多種多様な染色行程が用いら
れたりする。これにより、染色された病理組織標本の色
は大きく影響をうける。このような影響も、病理組織標
本そのものの性質の違いを解析し、定量化することを困
難にしている。In addition, dyes of various manufacturers are used for staining tissue specimens, and various staining processes are used. As a result, the color of the stained pathological tissue specimen is greatly affected. Such effects also make it difficult to analyze and quantify the difference in the properties of the pathological tissue specimen itself.
【0009】本発明は上記した課題に着目してなされた
ものであり、その目的とするところは、観察装置に依存
しない組織標本の解析を行なう顕微鏡画像処理装置、顕
微鏡画像処理方法並びに顕微鏡画像処理プログラムを提
供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a microscope image processing apparatus, a microscope image processing method and a microscope image processing for analyzing a tissue specimen independent of an observation apparatus. To provide a program.
【0010】また、本発明の他の目的は、染色液に含ま
れる色素濃度の推定を行うことで、染色状態の定量化、
変換、組織自体の構造の明確化を行なう顕微鏡画像処理
装置、顕微鏡画像処理方法並びに顕微鏡画像処理プログ
ラムを提供することにある。Another object of the present invention is to quantify the dyeing state by estimating the dye concentration contained in the dyeing solution,
A microscope image processing apparatus, a microscope image processing method, and a microscope image processing program for converting and clarifying the structure of the tissue itself.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第1の発明は顕微鏡画像処理装置であって、組織
標本を撮影して得られたカメラの信号値から分光透過率
画像を推定する分光透過率画像推定部と、この分光透過
率画像推定部で推定された分光透過率画像から組織標本
の染色液の色素量分布を算出する色素量分布算出部と、
この色素量分布算出部で算出された色素量分布から染色
状態及び組織自体の構造を解析する染色状態解析部とを
具備する。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a microscope image processing apparatus, in which a spectral transmittance image is obtained from a signal value of a camera obtained by photographing a tissue sample. A spectral transmittance image estimating unit for estimating, a pigment amount distribution calculating unit for calculating the pigment amount distribution of the staining liquid of the tissue specimen from the spectral transmittance image estimated by the spectral transmittance image estimating unit,
A dyeing state analysis unit that analyzes the dyeing state and the structure of the tissue itself from the dye amount distribution calculated by the dye amount distribution calculation unit.
【0012】また、第2の発明は、第1の発明に係る顕
微鏡画像処理装置において、前記染色状態解析部は、染
色状態を示すパラメータを算出する手段を有する。A second aspect of the present invention is the microscope image processing apparatus according to the first aspect, wherein the staining state analysis section has means for calculating a parameter indicating the staining state.
【0013】また、第3の発明は、第1の発明に係る顕
微鏡画像処理装置において、前記染色状態解析部は、核
の占有率分布画像を算出する手段を有する。A third aspect of the present invention is the microscope image processing apparatus according to the first aspect, wherein the staining state analysis section has means for calculating a nuclear occupancy distribution image.
【0014】また、第4の発明は、第1の発明に係る顕
微鏡画像処理装置において、前記染色状態解析部は、染
色状態変換後の分光透過率画像を推定する手段を有す
る。In a fourth aspect of the invention, in the microscope image processing apparatus according to the first aspect, the dyeing state analysis section has means for estimating the spectral transmittance image after the dyeing state conversion.
【0015】また、第5の発明は顕微鏡画像処理方法で
あって、組織標本を撮影して得られたカメラの信号値か
ら分光透過率画像を推定する分光透過率画像推定ステッ
プと、この分光透過率画像推定ステップで推定された分
光透過率画像から組織標本の染色液の色素量分布を算出
する色素量分布算出ステップと、この色素量分布算出ス
テップで算出された色素量分布から染色状態及び組織自
体の構造を解析する染色状態解析ステップとを具備す
る。A fifth aspect of the present invention is a microscope image processing method, which comprises a spectral transmittance image estimating step of estimating a spectral transmittance image from a signal value of a camera obtained by photographing a tissue sample, and the spectral transmittance image estimating step. The dye amount distribution calculating step for calculating the dye amount distribution of the staining liquid of the tissue sample from the spectral transmittance image estimated in the rate image estimating step, and the dyeing state and the tissue from the dye amount distribution calculated in this dye amount distribution calculating step And a staining state analysis step of analyzing the structure of itself.
【0016】また、第6の発明は顕微鏡画像処理プログ
ラムであって、コンピュータに、組織標本を撮影して得
られたカメラの信号値から分光透過率画像を推定する分
光透過率画像推定機能と、この分光透過率画像推定機能
により推定された分光透過率画像から組織標本の染色液
の色素量分布を算出する色素量分布算出機能と、この色
素量分布算出機能により算出された色素量分布から染色
状態及び組織自体の構造を解析する染色状態解析機能と
を実現させるものである。A sixth aspect of the present invention is a microscope image processing program, which has a spectral transmittance image estimating function for estimating a spectral transmittance image from a signal value of a camera obtained by photographing a tissue sample in a computer. A dye amount distribution calculation function for calculating the dye amount distribution of the staining liquid of the tissue sample from the spectral transmittance image estimated by this spectral transmittance image estimation function, and staining from the dye amount distribution calculated by this dye amount distribution calculation function It realizes a staining state analysis function for analyzing the state and the structure of the tissue itself.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】まず、本発明の実施の形態の概略
を説明する。本発明では色情報として、カメラの信号値
ではなく分光透過率を用いるというアプローチをとって
いる。物理量である分光透過率は、顕微鏡装置やカメラ
の分光特性に依存しないという特徴を持っている。さら
に、光の物理モデルを適用することが可能であるため、
分光透過率画像を用いることで、色素濃度の推定が可能
になる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, an outline of an embodiment of the present invention will be described. The present invention takes an approach of using spectral transmittance instead of a signal value of a camera as color information. The spectral transmittance, which is a physical quantity, has a feature that it does not depend on the spectral characteristics of a microscope device or a camera. Furthermore, since it is possible to apply a physical model of light,
It is possible to estimate the dye concentration by using the spectral transmittance image.
【0018】第1の発明は、H&E染色が施された任意
の組織標本をカメラと顕微鏡を用いて撮影し、撮影され
た画像から分光透過率画像を推定し、推定された分光透
過率画像からH&E染色の色素、具体的にはヘマトキシ
リンとエオジン、それぞれの色素量分布を求める。そし
て、色素量分布を解析することで、染色状態パラメー
タ、具体的には、染色試薬の濃度、染色の選択性の良さ
を示す定量値、を算出する画像処理方式である。The first invention is to photograph an arbitrary tissue sample stained with H & E using a camera and a microscope, estimate a spectral transmittance image from the photographed image, and estimate the spectral transmittance image from the estimated spectral transmittance image. Dye amount distributions of H & E dyes, specifically, hematoxylin and eosin, are obtained. Then, it is an image processing method for calculating a dyeing state parameter, specifically, the concentration of a dyeing reagent, and a quantitative value indicating the goodness of dyeing selectivity by analyzing the dye amount distribution.
【0019】第2の発明は、第1の発明における色素
(ヘマトキシリン、エオジン)の色素量分布を用いて、
対象としている染色標本における核の占有率の分布画像
を算出する手法である。A second invention uses the dye amount distribution of the dyes (hematoxylin, eosin) in the first invention,
This is a method of calculating a distribution image of the occupancy ratio of the nucleus in the target stained specimen.
【0020】第3の発明は、第1の発明における染色状
態パラメータを用いて、対象としている染色標本を選択
性の良い染色状態に変換するシミュレーション方法であ
る。A third aspect of the present invention is a simulation method for converting a target stained sample into a highly selective staining state using the staining state parameter of the first aspect.
【0021】上記、第2、第3の発明は、目的、用途に
応じて用いることが可能である。The above-mentioned second and third inventions can be used according to the purpose and application.
【0022】以下、図面を参照して本方式の実施の形態
を詳細に説明する。An embodiment of this system will be described in detail below with reference to the drawings.
【0023】(第1実施の形態)図1は、本発明の顕微
鏡画像処理を方式を実施する時のシステムを示してい
る。図1に示すように、本方式ではまず、画像取得装置
102において、被写体であるH&E染色が施された組
織標本101の撮影が行われる。そして、演算処理装置
103において、画像取得装置102から送られてきた
画像に対して本方式の処理を行う。そして、ここで得ら
れた結果が出力装置104におくられ、出力装置104
において組織標本101の染色状態を変換した画像、ま
たは、染色状態及び核の占有率を示す定量値を処理結果
105として提示する。(First Embodiment) FIG. 1 shows a system for carrying out the method of microscope image processing of the present invention. As shown in FIG. 1, in the present method, first, the image acquisition apparatus 102 captures an image of a tissue sample 101 that is H & E stained as a subject. Then, the arithmetic processing device 103 performs the processing of this method on the image sent from the image acquisition device 102. Then, the result obtained here is sent to the output device 104, and the output device 104
An image obtained by converting the stained state of the tissue specimen 101 in (1) or a quantitative value indicating the stained state and the nuclear occupancy is presented as the processing result 105.
【0024】画像取得装置102は、図2に示すように
顕微鏡201とデジタルカメラ202からなる。203
は組織標本である。顕微鏡装置201の分光透過率特性
の一例を図4に、デジタルカメラ202の分光感度特性
の一例を図5に示す。The image acquisition device 102 comprises a microscope 201 and a digital camera 202 as shown in FIG. 203
Is a tissue sample. FIG. 4 shows an example of the spectral transmittance characteristic of the microscope apparatus 201, and FIG. 5 shows an example of the spectral sensitivity characteristic of the digital camera 202.
【0025】演算処理装置103は、図3に示すよう
に、分光透過率画像推定部301、色素量分布算出部3
02、染色状態解析部303、の3つのパートに分けら
れる。以後、各パートについての詳細を解説する。As shown in FIG. 3, the arithmetic processing unit 103 includes a spectral transmittance image estimation unit 301 and a dye amount distribution calculation unit 3
No. 02, the staining state analysis unit 303, is divided into three parts. The details of each part will be explained below.
【0026】分光透過率画像推定部301では、画像入
力装置304から入力されたカメラの信号値画像305
に関して第1の演算部309で演算を行なうことにより
分光透過率画像310を推定する。この時、事前に測定
している顕微鏡の分光透過率特性M(λ)306(図4
参照)、カメラの分光感度特性S(λ)307(図5参
照)、H&E染色が施された組織標本の分光透過率の統
計情報308を用いる。In the spectral transmittance image estimation unit 301, the signal value image 305 of the camera input from the image input device 304 is input.
The spectral transmittance image 310 is estimated by performing a calculation with respect to the first calculation unit 309. At this time, the spectral transmittance characteristic M (λ) 306 (Fig.
(See FIG. 5), the spectral sensitivity characteristic S (λ) 307 of the camera (see FIG. 5), and the statistical information 308 of the spectral transmittance of the H & E stained tissue sample.
【0027】統計情報308とは、具体的には上位3軸
までの主成分軸であり、図6にそのグラフを示す。図6
は、H&E染色が施された組織標本の分光透過率の主成
分P(λ)を示している。The statistical information 308 is specifically the principal component axes up to the top three axes, and its graph is shown in FIG. Figure 6
Indicates the principal component P (λ) of the spectral transmittance of the tissue sample that has been H & E stained.
【0028】以下、式を用いてカメラの信号値画像30
5から分光透過率画像310を推定する処理の流れを説
明する。In the following, the signal value image 30 of the camera is calculated using the equation.
A flow of processing for estimating the spectral transmittance image 310 from 5 will be described.
【0029】以下、波長域λ=400〜760nmはk
個に離散化して扱い、顕微鏡の分光透過率特性306
M(λ)、カメラの分光感度特性307 S(λ)、H
&E染色が施された組織標本の分光透過率の統計情報3
08 P(λ)は離散的に表記する。また、画像上の全
画素で共通の計算式が成り立つため、下式(1)〜
(4)においては画素の位置座標は表記しない。Hereinafter, the wavelength range λ = 400 to 760 nm is k
Spectral transmittance characteristic of microscope 306
M (λ), spectral sensitivity characteristic of camera 307 S (λ), H
Statistical information on spectral transmittance of tissue specimens stained with & E 3
08 P (λ) is expressed discretely. In addition, since a common calculation formula holds for all pixels on the image, the following formulas (1) to
In (4), the position coordinates of pixels are not shown.
【0030】カメラの信号値画像305と分光透過率画
像310の関係は下式で記述できる。The relationship between the camera signal value image 305 and the spectral transmittance image 310 can be described by the following equation.
【0031】
g=(MS)tT (1)
(注:下記に示す通り、M,g,Tはベクトル、Sは行
列である。)
カメラの信号値画像305:g=[g1,g2,g3]t
分光透過率画像310:T=[T1,T2,…,Tk]t
カメラの分光感度特性307:S=[s1,s2,s3]、
si=[si1,si2,…,sik]t
顕微鏡の分光透過率特性306:M=[M1,M2,…,
Mk]
一方、H&E染色が施された組織標本の分光透過率の統
計情報308を用いることで、Tは下式で記述できる。G = (MS) t T (1) (Note: as shown below, M, g, T are vectors and S is a matrix.) Camera signal value image 305: g = [g 1 , g 2 , g 3 ] t spectral transmittance image 310: T = [T 1 , T 2 , ..., T k ] t Spectral sensitivity characteristic of camera 307: S = [s 1 , s 2 , s 3 ], s i = [S i1 , s i2 , ..., S ik ] t Microscope spectral transmittance characteristics 306: M = [M 1 , M 2 , ...,
M k ] On the other hand, T can be described by the following equation by using the statistical information 308 of the spectral transmittance of the tissue sample that is H & E stained.
【0032】
T=Pα (2)
(注:下記に示す通り、αはベクトル、Pは行列であ
る。)
H&E染色が施された組織標本の分光透過率の主成分
軸:P=[p1,p2,…,pk]t,pi=[pi1,
pi2,…,pik]t
H&E染色が施された組織標本の分光透過率の主成分展
開係数:α=[α1,α2,…,αk]t
ここで、H&E染色が施された組織標本の分光透過率は
上位3軸までの主成分である程度良く近似できるため、
下式を用いて近似する。T = Pα (2) (Note: as shown below, α is a vector and P is a matrix.) Principal axis of spectral transmittance of H & E stained tissue specimen: P = [p 1 , P 2 , ..., P k ] t , p i = [p i1 ,
p i2 , ..., p ik ] t H & E stained tissue sample spectral transmittance principal component expansion coefficient: α = [α 1 , α 2 , ..., α k ] t where H & E stained Since the spectral transmittance of a tissue sample can be approximated to some extent by the main components up to the top three axes,
It approximates using the following formula.
【0033】[0033]
【数1】 [Equation 1]
【0034】(3)式を(1)式に代入することで、下
式が得られる。By substituting the equation (3) into the equation (1), the following equation is obtained.
【0035】
Te=P′αe=P′{(MS)tP′}-1g (4)
(4)式にて、g(カメラの信号値画像:305)から
分光透過率画像Tの推定Teを得る。[0035] At T e = P 'αe = P ' {(MS) t P '} -1 g (4) (4) equation, g (camera signal value image: 305) from the spectral transmittance image T Get the estimate T e .
【0036】色素量分布算出部302では、第2の演算
部311により、分光透過率画像310からH&E染色
液に含まれるヘマトキシリンとエオジンの2種類の色素
における色素量分布画像312を算出する。この時、予
め用意されている色素の吸光度スペクトル313を用い
る。ヘマトキシリン色素とエオジン色素の吸光度スペク
トルE(λ)313を図7に示す。In the dye amount distribution calculation unit 302, the second calculation unit 311 calculates the dye amount distribution image 312 of the two dyes of hematoxylin and eosin contained in the H & E stain solution from the spectral transmittance image 310. At this time, the absorbance spectrum 313 of the dye prepared in advance is used. FIG. 7 shows the absorbance spectra E (λ) 313 of the hematoxylin dye and the eosin dye.
【0037】以下、式を用いて分光透過率画像310か
ら色素量分布画像312を推定する処理の流れを説明す
る。The flow of processing for estimating the dye amount distribution image 312 from the spectral transmittance image 310 using the formula will be described below.
【0038】以下では波長域λ=400〜760nmは
k個に離散化して扱う。また、以下の式では画像の位置
座標を(x,y)として表す。In the following, the wavelength range λ = 400 to 760 nm is treated by being discretized into k pieces. Further, in the following formula, the position coordinates of the image are represented as (x, y).
【0039】分光透過率画像310、色素の吸光度スペ
クトル313、色素量分布画像312の関係は下式で示
せる。The relationship between the spectral transmittance image 310, the dye absorbance spectrum 313, and the dye amount distribution image 312 can be expressed by the following equation.
【0040】
−log{T(x,y)}=EC(x,y) (5)
(注:下記に示す通り、T,Cはベクトル、Eは行列で
ある。)
分光透過率画像310:T(x,y)=[T1(x,
y),T2(x,y),…,Tk(x,y),]
色素の吸光度スペクトル313:E=[εH,εE]、ε
H=[εH1,εH2,…,εHk]、εE=[εE1,εE2,
…,εEk]
色素量分布画像312:C(x,y)=[CH(x,
y),CE(x,y)](5)式を変形することで、下
式を得ることができる。-Log {T (x, y)} = EC (x, y) (5) (Note: As shown below, T and C are vectors and E is a matrix.) Spectral transmittance image 310: T (x, y) = [T 1 (x,
y), T 2 (x, y), ..., T k (x, y),] Absorbance spectrum 313 of dye: E = [ε H , ε E ], ε
H = [ε H1 , ε H2 , ..., ε Hk ], ε E = [ε E1 , ε E2 ,
..., ε Ek ] Dye amount distribution image 312: C (x, y) = [C H (x,
y), C E (x, y)] (5) is modified to obtain the following formula.
【0041】
Ce(x,y)=E+L(x,y) (6)
ここで、L(x,y)=−log{T(x,y)}(L
(x,y)=[L1(x,y),L2(x,y),…,L
k(x,y)])であり、E+はEの疑似逆行列である。C e (x, y) = E + L (x, y) (6) Here, L (x, y) = − log {T (x, y)} (L
(X, y) = [L 1 (x, y), L 2 (x, y), ..., L
k (x, y)]), and E + is a pseudo inverse matrix of E.
【0042】染色状態解析部303では、色素量分布画
像312から、第3の演算部314により、染色状態を
示すパラメータ315、核の占有率分布画像316、良
好な染色状態に変換した分光透過率画像317を算出
し、用途に応じて出力装置320へ出力する。In the dyeing state analysis unit 303, from the dye amount distribution image 312, the parameter 315 indicating the dyeing state, the nucleus occupancy distribution image 316, and the spectral transmittance converted into a favorable dyeing state are calculated by the third computing unit 314. The image 317 is calculated and output to the output device 320 according to the application.
【0043】染色状態を示すパラメータ315とは、
・各色素分子の組織標本中の濃度パラメータ、具体的に
は、核内のヘマトキシリン濃度anuH、細胞質内エオジ
ン濃度acyE
・染色の選択性の悪さを示すパラメータ、具体的には、
核内のエオジン濃度a nuE、細胞質内のヘマトキシリン
濃度acyH
である。The parameter 315 indicating the dyeing state is
・ Concentration parameter of each dye molecule in the tissue sample, specifically
Is the concentration of hematoxylin in the nucleus anuH, In the cytoplasm
Concentration acyE
・ Parameters showing poor selectivity of staining, specifically,
Eosin concentration in the nucleus a nuE, Cytosolic hematoxylin
Concentration acyH
Is.
【0044】以後、これをThereafter, this
【数2】 として表記する。[Equation 2] Notated as
【0045】ここで、核内、核以外の組織内でのそれぞ
れの濃度は一定であるとすれば、色素量分布画像312
C(x,y)は下式で分解できる。Here, assuming that the respective concentrations in the nucleus and in the tissues other than the nucleus are constant, the dye amount distribution image 312 is obtained.
C (x, y) can be decomposed by the following formula.
【0046】
C(x,y)=r(x,y)A (7)
r(x,y)=[rnu(x,y),rcy(x,y)]
(rnu:核の厚さ方向の占有率、rcy:核以外の組織の
厚さ方向の占有率)(注:rはベクトルである。)
以下に算出手順を示す。C (x, y) = r (x, y) A (7) r (x, y) = [r nu (x, y), r cy (x, y)] (r nu : nuclear Occupancy rate in the thickness direction, r cy : Occupancy rate in the thickness direction of tissues other than the nucleus) (Note: r is a vector.) The calculation procedure is shown below.
【0047】1.全画像中から、CHが最大となる
(x,y)を探し、この点においてr(x,y)=
[1,0]であるとすることで、anuH及びanuEを算出
する。1. From all the images, search for (x, y) that maximizes C H , and at this point r (x, y) =
By assuming [1,0], a nuH and a nuE are calculated.
【0048】2.全画像中から、CHが最小となる
(x,y)を探し、この点においてr(x,y)=
[0,1]であるとすることで、acyE及びacyHを算出
する。2. From all the images, search for (x, y) that minimizes C H , and at this point r (x, y) =
By assuming [0, 1], a cyE and a cyH are calculated.
【0049】(第2実施の形態)第2実施の形態では、
第1実施の形態で得られたC(x,y)及び(Second Embodiment) In the second embodiment,
C (x, y) obtained in the first embodiment and
【数3】
から、下式を用いて核の厚さ方向の占有率分布画像31
6[Equation 3] From the above, the occupancy distribution image 31 in the thickness direction of the nucleus is calculated using
6
【数4】 を得る。[Equation 4] To get
【0050】
re(x,y)=C(x,y)A-1 (8)
(第3実施の形態)第3実施の形態では、第1実施の形
態、及び、第2実施の形態で得られたR e (x, y) = C (x, y) A −1 (8) (Third Embodiment) In the third embodiment, the first embodiment and the second embodiment are described. Got in
【数5】
ここで得られたA′及び(8)で得られたre(x,
y)から、良好な染色状態における色素量分布C′
(x,y)を得る。[Equation 5] A ′ obtained here and r e (x, obtained in (8)
From y), the dye amount distribution C'in a good dyeing state
Get (x, y).
【0051】
C′(x,y)=re(x,y)A′ (9)
得られたC′(x,y)を(5)式にあてはめることで
(10)式が得られ、(10)式を変形することで(1
1)式が得られ、良好な染色状態に変換した分光透過率
画像317 T″(x,y)を得る。C ′ (x, y) = r e (x, y) A ′ (9) By applying the obtained C ′ (x, y) to the equation (5), the equation (10) is obtained, By transforming equation (10), (1
Formula (1) is obtained, and the spectral transmittance image 317 T ″ (x, y) converted into a favorable dyed state is obtained.
【0052】
−log{T″(x,y)}=EC′(x,y) (10)
T″(x,y)=exp{−EC′(x,y)} (11)
ここで、染色状態変換後の分光透過率画像317の場合
は、表示装置の特性データ318と顕微鏡の分光透過率
特性306を用いて出力装置320の信号値画像319
に変換する必要がある。−log {T ″ (x, y)} = EC ′ (x, y) (10) T ″ (x, y) = exp {−EC ′ (x, y)} (11) where: In the case of the spectral transmittance image 317 after the dyeing state conversion, the signal value image 319 of the output device 320 is calculated using the characteristic data 318 of the display device and the spectral transmittance characteristic 306 of the microscope.
Need to be converted to.
【0053】[0053]
【発明の効果】本発明によれば、色情報としてカメラの
信号値ではなく分光透過率を用いるというアプローチを
とっているので、撮影装置(顕微鏡やカメラの特性)に
依存しない病理組織標本の解析が可能になる。According to the present invention, since the spectral transmittance is used as the color information instead of the signal value of the camera, the analysis of the pathological tissue sample does not depend on the imaging device (the characteristics of the microscope or the camera). Will be possible.
【0054】更に、光の物理モデルに基づき染色液の色
素濃度の推定を行なうので、染色状態の定量化や標準化
が可能となる。これにより、組織自体の性質を明らかに
する(ここでは、核の占有率分布の算出)こと、更に、
染色状態に影響を受けない病理組織標本の解析が可能に
なる。Furthermore, since the dye concentration of the dyeing solution is estimated based on the physical model of light, the dyeing state can be quantified and standardized. This will clarify the nature of the tissue itself (here, calculate the nuclear occupancy distribution), and
It is possible to analyze a pathological tissue specimen that is not affected by the staining state.
【図1】本発明の顕微鏡画像処理を方式を実施する時の
システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a system for implementing a method of microscopic image processing according to the present invention.
【図2】画像取得装置の外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of the image acquisition device.
【図3】図1に示す演算処理装置における処理の流れを
説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of processing in the arithmetic processing device shown in FIG.
【図4】顕微鏡の分光透過率特性M(λ)306を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing a spectral transmittance characteristic M (λ) 306 of the microscope.
【図5】デジタルカメラの分光感度特性S(λ)307
を示す図である。FIG. 5: Spectral sensitivity characteristic S (λ) 307 of digital camera
FIG.
【図6】H&E染色が施された組織標本の分光透過率の
主成分P(λ)を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the principal component P (λ) of the spectral transmittance of a tissue sample that has been H & E stained.
【図7】H&E染色液の色素分子の吸光度スペクトルE
(λ)を示す図である。FIG. 7: Absorption spectrum E of dye molecules in H & E staining solution
It is a figure which shows ((lambda)).
101 組織標本
102 画像取得装置
103 演算処理装置
104 出力装置
105 処理結果
201 顕微鏡
202 デジタルカメラ
203 組織標本
301 分光透過率画像推定部
302 色素量分布算出部
303 染色状態解析部
304 画像入力装置
305 カメラ信号値の画像
306 顕微鏡の分光透過率特性
307 カメラの分光感度特性
308 H&E染色組織標本の統計情報
309 第1の演算部
310 分光透過率画像
311 第2の演算部
312 色素量分布画像
313 ヘマトキシリン、エオジン色素分子の吸光度係
数スペクトル
314 第3の演算部
315 染色状態を示すパラメータ
316 核の占有率分布画像
317 染色状態変換後の分光透過率画像
318 表示装置の特性データ
319 染色状態変換後の出力装置の信号値画像
320 出力装置101 Tissue Specimen 102 Image Acquisition Device 103 Arithmetic Processing Device 104 Output Device 105 Processing Result 201 Microscope 202 Digital Camera 203 Tissue Specimen 301 Spectral Transmittance Image Estimating Unit 302 Dye Amount Distribution Calculating Unit 303 Staining State Analyzing Unit 304 Image Input Device 305 Camera Signal Value image 306 Spectral transmittance characteristic of microscope 307 Spectral sensitivity characteristic of camera 308 Statistical information 309 H & E stained tissue sample 309 First calculation unit 310 Spectral transmission image 311 Second calculation unit 312 Pigment amount distribution image 313 Hematoxylin, eosin Absorbance coefficient spectrum 314 of dye molecule 313 Third computing unit 315 Parameter 316 indicating staining state Nuclear occupancy distribution image 317 Spectral transmittance image 318 after staining state conversion Characteristic data 319 of display device Output device after staining state conversion Signal value image 320 Output device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 雅浩 東京都港区芝2−31−19 通信・放送機構 内 Fターム(参考) 2G045 AA24 AA25 BB24 FA16 FA19 JA01 JA20 2G059 AA01 BB12 CC20 EE01 EE13 FF03 HH02 KK04 MM01 MM20 NN06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masahiro Yamaguchi 2-31-19 Shiba, Minato-ku, Tokyo Communications and Broadcasting Organization Within F term (reference) 2G045 AA24 AA25 BB24 FA16 FA19 JA01 JA20 2G059 AA01 BB12 CC20 EE01 EE13 FF03 HH02 KK04 MM01 MM20 NN06
Claims (6)
号値から分光透過率画像を推定する分光透過率画像推定
部と、 この分光透過率画像推定部で推定された分光透過率画像
から組織標本の染色液の色素量分布を算出する色素量分
布算出部と、 この色素量分布算出部で算出された色素量分布から染色
状態及び組織自体の構造を解析する染色状態解析部と、 を具備することを特徴とする顕微鏡画像処理装置。1. A spectral transmittance image estimating unit for estimating a spectral transmittance image from a signal value of a camera obtained by photographing a tissue sample, and a spectral transmittance image estimated by the spectral transmittance image estimating unit. A dye amount distribution calculation unit that calculates the dye amount distribution of the staining liquid of the tissue sample, and a dye state analysis unit that analyzes the dye state and the structure of the tissue itself from the dye amount distribution calculated by this dye amount distribution calculation unit. A microscope image processing apparatus comprising:
パラメータを算出する手段を有することを特徴とする請
求項1記載の顕微鏡画像処理装置。2. The microscope image processing apparatus according to claim 1, wherein the dyed state analysis unit has means for calculating a parameter indicating a dyed state.
画像を算出する手段を有することを特徴とする請求項1
記載の顕微鏡画像処理装置。3. The staining state analysis unit has means for calculating an occupancy distribution image of nuclei.
The microscope image processing apparatus described.
の分光透過率画像を推定する手段を有することを特徴と
する請求項1記載の顕微鏡画像処理装置。4. The microscope image processing apparatus according to claim 1, wherein the dyed state analysis unit has means for estimating a spectral transmittance image after dyeing state conversion.
号値から分光透過率画像を推定する分光透過率画像推定
ステップと、 この分光透過率画像推定ステップで推定された分光透過
率画像から組織標本の染色液の色素量分布を算出する色
素量分布算出ステップと、 この色素量分布算出ステップで算出された色素量分布か
ら染色状態及び組織自体の構造を解析する染色状態解析
ステップと、 を具備することを特徴とする顕微鏡画像処理方法。5. A spectral transmittance image estimating step of estimating a spectral transmittance image from a signal value of a camera obtained by photographing a tissue sample, and a spectral transmittance image estimated in the spectral transmittance image estimating step. A dye amount distribution calculation step for calculating the dye amount distribution of the staining liquid of the tissue specimen; and a staining condition analysis step for analyzing the staining condition and the structure of the tissue itself from the dye amount distribution calculated in this dye amount distribution calculation step. A method for processing a microscope image, which comprises:
過率画像を推定する分光透過率画像推定機能と、 この分光透過率画像推定機能により推定された分光透過
率画像から組織標本の染色液の色素量分布を算出する色
素量分布算出機能と、 この色素量分布算出機能により算出された色素量分布か
ら染色状態及び組織自体の構造を解析する染色状態解析
機能と、 を実現させるための顕微鏡画像処理プログラム。6. A spectral transmittance image estimating function for estimating a spectral transmittance image from a signal value of a camera obtained by photographing a tissue sample in a computer, and spectral transmittance estimated by the spectral transmittance image estimating function. Function to calculate the pigment amount distribution of the staining solution of the tissue sample from the rate image, and the staining state analysis function to analyze the staining state and the structure of the tissue itself from the pigment amount distribution calculated by this pigment amount distribution calculating function And a microscope image processing program to realize.
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